KR20210128028A - 장치가 카트리지와의 전기 접촉을 보장하는 장치 및 카트리지를 포함하는 에어로졸 발생 시스템 - Google Patents

장치가 카트리지와의 전기 접촉을 보장하는 장치 및 카트리지를 포함하는 에어로졸 발생 시스템 Download PDF

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Abstract

장치(10) 및 착탈식 카트리지(20)를 포함하는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템으로, 착탈식 카트리지는 에어로졸 형성 기재, 전기 작동식 증발기, 및 증발기에 연결된 제1 전기 접촉부들을 포함하되, 장치는 카트리지를 수용하기 위한 공동(18)을 정의하는 본체(11), 전기 전원(14), 전기 전원에 연결된 제2 전기 접촉부들(19) 및 마우스피스부를 포함하고, 여기서 마우스피스부(12)는, 폐쇄 위치에서, 장치 상의 제2 전기 접촉부들과 접촉하고 있는 카트리지 상의 제1 전기 접촉부들을 보유하고 있다. 장치가 본체와 마우스피스부를 포함하고 있는 장치 및 카트리지 기반 시스템을 제공함으로써, 카트리지의 구성요소들은 종래의 카토마이저형 카트리지에 비해 단순화될 수 있다. 장치 상의 대응하는 접촉부들과 접촉하고 있는 카트리지 상의 전기 접촉부들을 보유하도록 마우스피스부를 사용함으로써, 장치 내로의 카트리지의 삽입과 장치로부터 카트리지의 제거 방식이 카트리지에 필요한 복잡한 기계 고정장치 없이, 매우 간단하게 될 수 있게 한다.

Description

장치가 카트리지와의 전기 접촉을 보장하는 장치 및 카트리지를 포함하는 에어로졸 발생 시스템{AN AEROSOL-GENERATING SYSTEM COMPRISING A DEVICE AND A CARTRIDGE, IN WHICH THE DEVICE ENSURES ELECTRICAL CONTACT WITH THE CARTRIDGE}
본 발명은 장치 및 카트리지를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이며, 장치가 카트리지와 전기 접촉을 보장하고 있다. 특히, 본 발명은 에어로졸 형성 기재의 공급부를 함유하고 있는 견고하고 저비용인 카트리지 및 전기 작동식 증발기를 사용할 수 있게 하도록 구성된 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다.
에어로졸 발생 시스템의 한 유형은 전기 작동식 흡연 시스템이다. 배터리 및 제어 전자기기를 포함하고 있는 장치부, 및 에어로졸 형성 기재의 공급부를 포함하고 있는 카트리지부, 및 전기 작동식 증발기로 이루어진 휴대형 전기 작동식 흡연 시스템이 공지되어 있다. 에어로졸 형성 기재의 공급부와 증발기 모두를 포함하는 카트리지는 때때로 "카토마이저"(cartomiser)라 칭한다. 증발기는, 통상적으로, 액체 에어로졸 형성 기재에 담궈진 세장형 심지 주위로 감긴 히터 와이어의 코일을 포함한다. 카트리지 부분은, 통상적으로, 에어로졸 형성 기재의 공급부와 전기 작동식 증발기뿐만 아니라 사용시 에어로졸을 사용자의 입 내로 흡인하도록 사용자가 흡입하는 마우스피스도 포함한다.
그러나, 이러한 구성에는, 카트리지 생산이 상당히 고가라는 단점이 있다. 이는 심지와 코일 조립체를 제조하는 것이 어렵기 때문이다. 또한, 히터 와이어의 코일과 장치부로부터 전류가 전달되는 전기 접촉 요소들 사이의 전기 접촉부는 제조 동안 정교하게 취급되어야 한다. 게다가, 이러한 카트리지는, 이송 동안 취약한 심지와 코일 조립체를 보호하도록 마우스피스부를 포함한다. 그러나, 완전하고도 강건한 마우스피스를 각 카트리지에 포함시키는 것은 각 카트리지의 재료비가 고가임을 의미한다.
장치부, 및 종래의 카트리지보다 적은 재료를 사용하고 작동시 신뢰성 있는, 견고하고 저렴하고 신뢰성 있는 카트리지를 사용할 수 있게 하는 카트리지부를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템을 생산할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
제1 측면에서, 장치 및 착탈식 카트리지를 포함하고 있는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템이 제공되어 있으며, 착탈식 카트리지는 에어로졸 형성 기재, 전기 작동식 증발기, 및 상기 증발기에 연결된 제1 전기 접촉부들을 포함하되, 상기 장치는 카트리지를 수용하기 위한 공동을 정의하는 본체, 전기 전원, 상기 전기 전원에 연결된 제2 전기 접촉부들 및 마우스피스부를 포함하고, 여기서 마우스피스부는, 폐쇄 위치에서, 상기 장치 상의 제2 전기 접촉부들과 접촉하고 있는 상기 카트리지 상의 제1 전기 접촉부들을 보유하고 있다.
장치가 본체와 마우스피스부를 포함하고 있는 장치 및 카트리지 기반 시스템을 제공함으로써, 카트리지의 구성요소들은 종래의 카토마이저형 카트리지에 비해 단순화될 수 있다. 상기 장치(본체 또는 마우스피스부) 상의 대응하는 접촉부와 접촉하고 있는 상기 카트리지 상의 전기 접촉부를 보유하도록 마우스피스부를 사용함으로써, 상기 장치 내로의 카트리지의 삽입과 장치로부터 카트리지의 제거 방식이 카트리지에 필요한 복잡한 기계 고정장치 없이, 매우 간단하게 될 수 있게 한다. 이는 카트리지의 제조 비용을 감소시킨다. 이는 카트리지가 장치보다 더 높은 부피로 제조되기 때문에 중요하다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 상기 카트리지가 장치로부터 “착탈가능하다”는 것은 카트리지와 장치가 상기 장치나 상기 카트리지를 상당히 손상시키지 않고 서로 연결되고 연결해제될 수 있는 것을 의미한다.
도 1a 내지 도 1d는, 본 발명의 한 구현예에 따라 카트리지를 포함하고 있는 시스템의 개략도이고;
도 2는 도 1의 시스템의 마우스피스부를 위한 걸쇠(clasp) 기구의 개략도이고;
도 3은 도 1a 내지 도 1d의 카트리지의 분해도이고;
도 4는 도 1a 내지 도 1d에 도시한 바와 같은 시스템에서 사용하기 위한 대안적인 카트리지의 분해도이고;
도 5a는 도 2의 카트리지의 저면 사시도이고;
도 5b는 커버가 제거된, 도 2의 카트리지의 상면 사시도이고;
도 6은 도 2에 도시한 카트리지에서 사용되는 히터 조립체의 상세도이고;
도 7은 도 2에 도시한 카트리지에서 사용될 수 있는 대안적인 히터 조립체의 상세도이고;
도 8은 도 2에 도시한 카트리지에서 사용될 수 있는 추가 대안적인 히터 조립체의 상세도이고;
도 9는 도 2에 도시한 카트리지에서 사용될 수 있는 다른 추가 대안적인 히터 조립체의 상세도이고;
도 10은 장치와 히터 조립체 간의 전기 접촉을 만들기 위한 대안적인 기구의 상세도이고;
도 11a와 도 11b는 장치에서의 카트리지의 정확한 정렬을 보장하는 데에 사용될 수 있는 몇몇 카트리지 하우징 형상을 도시하고 있으며;
도 12a는, 필라멘트들 사이의 액체 에어로졸 형성 기재의 메니스커스(meniscus)를 도시하는, 히터의 필라멘트들의 상세도이고;
도 12b는, 필라멘트들 사이의 액체 에어로졸 형성 기재의 메니스커스 및 필라멘트들 사이로 연장되어 있는 모세관 물질을 도시하는, 히터의 필라멘트들의 상세도이고;
도 13a, 13b, 13c는 본 발명에 따라 히터 조립체를 제조하는 대안적인 방법들을 도시하고;
도 14는 히터 조립체를 포함하고 있는 액체 저장부를 위한 대안적인 설계를 도시하고 있다.
도 15a와 도 15b는 히터 조립체를 포함하고 있는 액체 저장부의 추가 대안적인 구현예들을 도시하고 있다.
도 16은 에어로졸 발생 장치와의 기류 및 카트리지 배향의 대안적인 구현예를 도시하고 있다.
마우스피스부는 경첩식 연결부에 의해 장치의 본체에 연결되어 있다. 이는 사용자가 마우스피스부와 본체 중 하나를 잃을 확률을 감소시키면서, 마우스피스부와 본체가 함께 잔류하는 것을 보장한다. 또한, 단순한 상기 장치 내로의 카트리지의 삽입과 장치로부터 카트리지의 제거를 제공한다. 마우스피스부는 걸쇠 기구에 의해 폐쇄 위치에서 보유될 수도 있다. 걸쇠 기구는 해제 버튼을 포함할 수도 있고, 해제 버튼이 눌려질 때, 마우스피스부를 해제하도록 구성되어 있을 수도 있다. 마우스피스부는 자석 클로져와 같은 다른 기구에 의하거나 또는 이중 안정 경첩 기구를 사용하여 폐쇄 위치에 보유될 수도 있다. 그러나, 본체에 대해 마우스피스부를 연결하는 다른 수단들은 예컨대 나사 끼워맞춤 또는 스냅 끼워맞춤도 가능하다.
마우스피스부는 공기 유입부 및 공기 유출부를 포함할 수도 있으며, 사용자가 유입부에서 유출부로 마우스피스부를 통해 공기를 흡인하도록 공기 유출부에서 흡입할 수 있게 하도록 구성될 수도 있다. 마우스피스부는 마우스피스부를 통해 흡인된 공기를 카트리지 내의 증발기를 지나서 유입부에서 유출부로 유도하도록 구성되어 있는 배플을 포함할 수도 있다. 마우스피스부 내에 모든 공기 흐름을 유지하여, 상기 본체의 디자인은 매우 단순할 수 있다. 또한 단지 장치의 마우스피스부만 세정되거나 장시간 사용 후에 교체될 필요가 있음을 의미한다. 그러나, 다른 기류 패턴이 가능하고, 장치 내의 카트리지의 다른 배향들이 가능하다는 것이 명백해야 한다.
상기 장치는 전기 작동식 흡연 시스템일 수도 있다. 바람직하게는, 시스템은 휴대형이다. 시스템은 통상의 엽궐련 또는 궐련에 필적한 크기를 가질 수도 있다. 시스템은 대략 30mm와 대략 150mm 사이의 총 길이를 가질 수도 있다. 시스템은 대략 5mm와 대략 30mm 사이의 외부 직경을 가질 수도 있다.
증발기는 히터 조립체일 수도 있다. 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재를 보유하고 있는 하우징을 포함하고 있는 액체 저장부이되, 하우징은 개구부를 가지고 있는, 상기 액체 저장부, 및 복수의 전기 전도성 필라멘트를 포함하고 있는 유체 투과성 히터 조립체를 포함하고 있으며, 여기서 유체 투과성 히터 조립체는 액체 저장부의 하우징의 개구부를 가로질러 연장되어 있다. 히터 조립체는 실질적으로 평평할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, “실질적으로 평평한”이라는 것은, 단일 평면에 형성되고 곡선형 또는 다른 비평면 형상에 맞춰지도록 둘레에 감싸지지 않고, 다르게 맞춰져 있는 것을 의미한다. 평평한 히터 조립체는 제조 동안 쉽게 다룰 수 있고 견고한 구조를 제공할 수 있다.
제1 전기 접촉부들은 히터 조립체의 부분을 형성하고 있을 수도 있다.
전기 전도성 필라멘트들은 이 필라멘트들 사이의 간극들을 정의할 수도 있고, 간극들은 10㎛와 100㎛ 사이의 폭을 가질 수도 있다. 바람직하게는, 필라멘트들은 간극들 내에서 모세관 작용을 일어나게 해서, 사용시 증발될 액체가 간극들 내로 흡인되어, 히터 조립체와 액체 간의 접촉 면적을 증가시킨다.
전기 전도성 필라멘트들은 160 내지 600 Mesh US (+/- 10%) 사이의 크기(즉, 160 내지 600 필라멘트/인치(+/- 10%))의 메쉬를 형성할 수도 있다. 간극들의 폭은 바람직하게는 75㎛와 25㎛ 사이이다. 메쉬의 총 면적에 대한 간극들의 면적의 비인 메쉬의 개방 면적의 백분율은 바람직하게는 25와 56% 사이이다. 메쉬는 다양한 유형의 직조(weave) 또는 격자(lattice) 구조체들을 사용하여 형성될 수도 있다. 대안적으로, 전기 전도성 필라멘트들은 서로 평행하게 배열된 필라멘트들의 어레이로 이루어진다.
전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 직물은 또한 당 기술분야에서 잘 이해되고 있는 바와 같은, 액체를 보유하는 그의 능력에 의해 특징지어질 수도 있다.
전기 전도성 필라멘트들은 10㎛와 100㎛ 사이, 바람직하게는 8㎛와 50㎛ 사이, 보다 바람직하게는 8㎛와 39㎛ 사이의 직경을 가질 수도 있다. 필라멘트들은 둥근 단면을 가질 수도 있거나, 편평해진 단면을 가질 수도 있다. 히터 필라멘트들은 호일과 같은 시트 물질을 에칭하여 형성되어 있을 수도 있다. 이는, 히터 조립체가 평행 필라멘트들의 어레이를 포함할 때 특히 유리할 수도 있다. 히터 조립체가 필라멘트들의 메쉬 또는 직물을 포함하고 있으면, 필라멘트들은 개별적으로 형성되고 함께 편성될 수도 있다.
전기 전도성 필라멘트들은 메쉬, 어레이 또는 직물로서 제공되어 있을 수도 있다. 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 면적은 작을 수도 있고, 바람직하게는 25mm2 이하이어서, 그것이 휴대형 시스템에 포함될 수 있게 한다. 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물은 예를 들면 직사각형일 수도 있고, 5mm x 2mm의 치수를 가질 수도 있다. 바람직하게, 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬 또는 어레이는 히터 조립체의 면적의 10%와 50% 사이의 면적을 커버한다. 더욱 바람직하게, 필라멘트 구조는 히터 조립체의 면적의 15%와 25% 사이의 면적을 커버한다.
액체 저장부의 하우징은 모세관 물질을 함유하고 있을 수도 있다. 모세관 물질은 액체를 증발기로 전달하도록 하우징 내에 배향되어 있을 수도 있다.
모세관 물질은 섬유상 또는 스폰지 구조체를 가질 수도 있다. 모세관 물질은 바람직하게는 모세관들의 다발을 포함하고 있다. 예를 들면, 모세관 물질은 복수의 섬유 또는 실 또는 기타 미세 구멍 관들을 포함하고 있을 수도 있다. 섬유들 또는 실들은 일반적으로 액체를 히터에 전달하도록 정렬되어 있을 수도 있다. 대안적으로, 모세관 물질은 스폰지류 또는 발포체류 물질을 포함하고 있을 수도 있다. 모세관 물질의 구조는 액체가 모세관 작용에 의해 운반될 수 있는 복수의 작은 구멍 또는 관을 형성하고 있다. 모세관 물질은 임의의 적절한 물질 또는 물질들의 조합을 포함하고 있을 수도 있다. 적절한 물질의 예로는 스폰지 또는 발포체 물질, 섬유 또는 소성된 분말 형태의 세라믹계 또는 그라파이트계 물질, 발포된 금속 또는 플라스틱 물질, 예를 들면 초산 셀룰로오스, 폴리에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 테릴렌 또는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹과 같은 스펀 또는 압출된 섬유로 이루어진 섬유상 물질이다. 모세관 물질은 상이한 액체 물성과 함께 사용되도록 임의의 적절한 모세관 현상 및 다공성을 가질 수 있다. 액체는 이에 한정되지는 않지만 점도, 표면 장력, 밀도, 열 전도성, 비등점 및 증기압을 포함하는 물성을 가지고 있으며, 모세관 작용에 의해 액체가 모세관 장치를 통해 운반될 수 있게 한다.
모세관 물질은 히터 조립체와 직접 접촉하고 있을 수도 있다. 모세관 물질은 필라멘트들 사이의 간극들 내로 연장되어 있을 수도 있다. 히터 조립체는, 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기재를 간극들 내로 흡인할 수도 있다.
하우징은 두 개 이상의 서로 다른 모세관 물질을 함유할 수도 있고, 여기서 히터와 접촉하는 제1 모세관 물질은 높은 열 분해 온도를 가지고, 제1 모세관 물질과 접촉하지만 히터와는 접촉하지 않는 제2 모세관 물질은 낮은 열 분해 온도를 가지고 있다. 상기 제1 모세관 물질의 열 분해 온도는 바람직하게는 적어도 160℃, 바람직하게는 적어도 250℃이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, “열 분해 온도”는, 물질이 분해되어 기체 부산물의 생성에 의해 질량을 잃기 시작하는 온도를 의미한다. 제2 모세관 물질은, 제1 모세관 물질보다 큰 부피를 유리하게 점유할 수 있고, 제1 모세관 물질의 에어로졸 형성 기재보다 많은 에어로졸 형성 기재를 보유할 수도 있다. 제2 모세관 물질은 제1 모세관 물질보다 뛰어난 심지(wicking) 성능을 가질 수도 있다. 제2 모세관 물질은 제1 모세관 물질보다 저렴할 수도 있다. 제2 모세관 물질은 폴리프로필렌일 수도 있다.
제1 모세관 물질은, 제1 모세관 물질에 걸쳐 충분한 온도 강하를 제공하기 위해, 히터 조립체를 제2 모세관 물질로부터 적어도 1.5mm, 바람직하게는 1.5mm와 2mm 사이의 거리만큼 분리시킬 수도 있다.
제1 전기 접촉부들은 복수의 필라멘트와 각각 접촉하고 있거나 이들과 일체로 형성되어 있다.
히터 조립체는 측방향 평면에서 연장될 수 있고, 제1 전기 접촉부는 액체 저장부의 하우징을 벗어나 측방향으로 연장될 수 있다. 한 구현예에서, 액체 저장부의 하우징은 실질적으로 원통형이고, 개구부는 원통의 일단에 있다. 공동은 측방향 평면에 직교하는 방향으로 액체 저장부를 이동시켜서 액체 저장부를 수용하도록 구성되어 있다. 완전히 삽입된 위치에서, 상기 액체 저장부의 하우징을 넘어 측방향으로 연장되어 있는 접촉부들은 장치의 본체의 제2 접촉부들과 접촉하게 될 수도 있다. 마우스피스부는 폐쇄 위치에서 상기 접촉부들을 제2 전기 접촉부를 향해 밀어 넣어서 제1 전기 접촉부들의 후면에 작용한다. 대안적으로, 제1 전기 접촉부들은 마우스피스부를 향하도록 배향될 수도 있고, 제2 전기 접촉부는 마우스피스부일 수도 있다.
상기 하우징의 개구부는 유리하게는 사용시에 상기 마우스피스부에 가장 가까운 하우징의 끝에 위치될 수도 있다. 장치의 모든 기류 경로는 마우스피스부 내에 있을 수도 있다. 그러나, 다른 구성이 사용될 수도 있다.
히터는 필라멘트와 제1 접촉 요소가 지지되는 전기 절연성 기재를 포함할 수도 있으며, 상기 필라멘트들이 기재에 형성된 구멍을 가로질러 연장되어 있다.
카트리지는 바람직하게는 서로에 대해 구멍의 반대측들에 위치된 두 개의 제1 전기 접촉부들을 포함하고 있으며, 상기 장치는 유리하게는 서로 공동의 반대측들에 위치된 두 개의 제2 전기 접촉부들을 포함하고 있다.
상기 장치는 마우스피스부가 폐쇄 위치에 있을 때 변형되어서 상기 제2 전기 접촉부들과 체결하도록 제1 전기 접촉부들을 밀어넣도록 구성되어 있는 하나 이상의 탄성 요소를 포함하고 있을 수도 있다.
시스템은, 히터 조립체와 전기 전력 공급부에 연결된 전기 회로를 더 포함할 수 있고, 전기 회로는, 히터 조립체의 또는 히터 조립체의 하나 이상의 필라멘트의 전기 저항을 감시하고 히터 조립체 또는 하나 이상의 필라멘트의 전기 저항에 의존하는 히터 조립체로의 전력 공급을 제어하도록 구성되어 있다.
전기 회로는, 프로그래밍가능 마이크로프로세서일 수 있는 마이크로프로세서를 포함하고 있을 수도 있다. 전기 회로는 전기 구성요소들을 더 포함하고 있을 수도 있다. 전기 회로는 히터 조립체에 대한 전력 공급을 조절하도록 구성되어 있을 수도 있다. 전력은 히터 조립체에 공급되어서 시스템의 활성화를 연속적으로 수반할 수도 있거나, 또는 예를 들면 퍼프마다를 기준으로 간헐적으로 공급될 수도 있다. 전력은 전류의 펄스의 형태로 히터 조립체에 공급될 수 있다.
상기 시스템은 유리하게는 하우징의 본체 내부에 전력 공급부, 통상적으로 배터리를 포함하고 있다. 대안적으로서, 전력 공급부는 콘덴서와 같은 다른 형태의 전하 저장 장치일 수도 있다. 전력 공급부는 재충전을 필요로 할 수도 있고 하나 이상의 흡연 체험을 위해 충분한 에너지의 저장을 허용하는 용량을 가질 수도 있다. 예를 들면, 전력 공급부는 통상의 궐련을 흡연하는 데에 걸리는 통상적인 시간에 대응하여, 약 6분의 기간 동안, 또는 6분의 2배인 기간 동안 에어로졸의 연속적인 발생을 허용하기에 충분한 용량을 가질 수도 있다. 다른 실시예에서, 전력 공급부는 미리 정해진 수의 퍼프 또는 증발기의 개별 활성화를 허용하기에 충분한 용량을 가질 수도 있다.
전기 전도성 필라멘트들은 임의의 적절한 전기 전도성 물질을 포함하고 있을 수도 있다. 적절한 물질은, 이들에만 한정되지는 않지만, 도핑된 세라믹, 전기 "전도성" 세라믹(예컨대, 이규화 몰리브덴), 카본, 흑연, 금속, 금속 합금, 세라믹 물질과 금속 물질의 복합 물질 같은 반도체를 포함한다. 이러한 복합 물질은 도핑된 또는 비도핑된 세라믹을 포함하고 있을 수도 있다. 적절한 도핑 세라믹의 예로는 도핑된 탄화규소를 포함한다. 적절한 금속의 예로는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨, 및 백금족으로부터의 금속이 있다. 적절한 금속 합금의 예로는 스테인리스 스틸, 콘스탄탄(Constantan), 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간-, 금- 및 철-함유 합금들, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스 스틸에 기초한 초합금, Timetal®, 철-알루미늄계 합금, 및 철-망간-알루미늄계 합금을 포함한다. Timetal®은 Titanium Metals Corporation의 등록 상표이다. 필라멘트들은 하나 이상의 절연체로 코팅된 것일 수도 있다. 전기 전도성 필라멘트용으로 바람직한 물질은, 304, 316, 304L, 316L 스테인리스 스틸 및 흑연이다.
히터 요소의 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 바람직하게 0.3와 4 Ohms 사이이다. 더욱 바람직하게, 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 0.5와 3 Ohms 사이, 더욱 바람직하게는 약 1 Ohm이다. 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은, 바람직하게, 접촉 부분들의 전기 저항보다 적어도 한 자릿수, 더욱 바람직하게는 적어도 두 자릿수 크다. 이는, 히터 요소를 통한 전류를 통과하여 발생된 열이 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬 또는 어레이에 국한되는지 보장한다. 시스템이 배터리에 의해 전력 공급되는 경우 히터 요소에서 낮은 전체 저항을 갖는 것이 유리하다. 저 저항 고 전류 시스템은 고 전력이 히터 요소에 전달될 수 있게 한다. 이는, 히터 요소가 전기 전도성 필라멘트들을 원하는 온도로 빠르게 가열할 수 있게 한다.
제1 및 제2 전기 전도성 접촉부는 전기 전도성 필라멘트들에 직접 고정되어 있을 수도 있다. 접촉부는 전기 전도성 필라멘트들과 전기 절연성 기재 사이에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 상기 접촉부는 상기 절연 기재 상에 도금된 구리 호일로부터 형성된 것일 수도 있다. 또한 접촉부는 절연성 기재의 경우보다 필라멘트와 더욱 쉽게 결합할 수도 있다.
대안적으로, 제1 및 제2 전기 전도성 접촉부는 전기 전도성 필라멘트들과 일체형일 수도 있다. 예를 들어, 상기 히터 요소는 전도성 시트를 에칭해서 두 개의 접촉부 사이에 복수의 필라멘트를 제공하여 형성된 것일 수도 있다.
히터 조립체는, 제1 물질로 제조된 적어도 하나의 필라멘트 및 제1 물질과는 다른 제2 물질로 제조된 적어도 하나의 필라멘트를 포함하고 있을 수도 있다. 이는 전기적 이유 또는 기계적 이유로 유리할 수도 있다. 예를 들어, 필라멘트들 중 하나 이상은, 예를 들어, 철 알루미늄 합금과 같이, 온도에 따라 크게 가변되는 저항을 갖는 물질로 형성되어 있을 수도 있다. 이는, 사용되는 필라멘트들의 저항 척도가 온도 변화 또는 온도를 결정할 수 있게 한다. 이는, 퍼프 검출 시스템에서 사용될 수 있으며 히터 온도를 원하는 온도 범위 내에서 유지하도록 그 히터 온도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 온도의 갑작스런 변화는, 또한, 시스템의 사용자 퍼프로부터 발생하는, 히터 조립체를 지나는 기류의 변화를 검출하는 수단으로서 사용될 수도 있다. 마이크 같은 다른 유형의 기류 센서를 사용할 수도 있다.
에어로졸 형성 기재는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물들을 방출할 수 있는 기재이다. 휘발성 화합물들은 에어로졸 형성 기재를 가열하여 방출될 수도 있다.
에어로졸 형성 기재는 식물계 물질을 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 가열시에 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는, 휘발성 담배 향미 화합물들을 함유하는 담배 함유 물질을 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는, 대안으로, 비-담배 함유 물질을 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 식물계 물질을 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 담배 물질을 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 다른 첨가제 및 향미제와 같은 재료를 포함할 수도 있다.
본 발명의 제2 측면에서는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템이 제공되어 있으며, 상기 시스템은, 장치 및 착탈식 카트리지를 포함하고 있으며, 상기 착탈식 카트리지는 에어로졸 형성 기재, 전기 전도성 증발기, 및 상기 증발기에 연결된 제1 전기 접촉부들을 포함하되, 상기 장치는 상기 카트리지를 수용하기 위한 공동을 정의하는 본체, 전기 전원, 상기 전기 전원에 연결된 제2 전기 접촉부들 및 마우스피스부를 포함하고, 여기서 상기 마우스피스부는 경첩식 접속부에 의해 상기 장치의 본체에 연결되어 있다.
일 측면에 관하여 설명한 특징들은 본 발명의 다른 측면들에 동일하게 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, “전기 전도성”이라는 것은, 1x10-4Ωm 이하의 비저항을 갖는 물질로부터 형성되는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, “전기 절연성”이라는 것은, 1x104 Ωm 이상의 비저항을 갖는 물질로부터 형성되는 것을 의미한다. 히터 조립체와 관련하여 본원에서 사용된 바와 같이, "유체 투과성"이란 기상 및 가능하게는 액상 에어로졸 형성 기재가, 용이하게 히터 조립체를 통과할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 구현예들은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 더욱 설명될 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 구현예에 따라 카트리지를 포함하고 있는, 에어로졸 발생 시스템의 개략도이다. 도 1a는 함께 에어로졸 발생 시스템을 형성하는, 에어로졸 발생 장치(10) 및 별도의 카트리지(20)의 개략도이다. 이 실시예에서, 에어로졸 발생 시스템은 전기 작동식 흡연 시스템이다.
카트리지(20)는 에어로졸 형성 기재를 함유하고 있으며, 장치 내의 공동(18)에 수용되도록 구성되어 있다. 카트리지(20)는 카트리지에 제공되어 있는 에어로졸 형성 기재가 고갈되는 경우 사용자에 의해 교체 가능해야 한다. 도 1a는 장치 내에 삽입되기 직전의 카트리지(20)를 도시하고 있으며, 도 1a의 화살표(1)는 카트리지의 삽입 방향을 나타내고 있다.
에어로졸 발생 장치(10)는 휴대용이며, 종래의 엽궐련 또는 궐련에 필적할만한 크기를 가지고 있다. 장치(10)는 본체(11) 및 마우스피스부(12)를 포함하고 있다. 본체(11)는 인산철리튬 배터리 같은 배터리(14), 제어 전자기기(16), 및 공동(18)을 포함하고 있다. 마우스피스부(12)는 경첩식 연결부(21)에 의해 본체(11)에 연결되어 있고, 도 1에 도시한 바와 같은 개방 위치와 도 1d에 도시한 바와 같은 폐쇄 위치 사이에서 이동할 수 있다. 마우스피스부(12)는 후술하는 바와 같이, 카트리지(20)의 삽입과 제거가 가능하도록 개방 위치에 배치되고, 에어로졸을 발생시키도록 시스템을 사용해야 하는 경우 폐쇄 위치에 놓인다. 마우스피스부는 복수의 공기 유입부(13) 및 유출부(15)를 포함하고 있다. 사용시, 사용자는, 유출부에 대하여 빨아들이거나 뻐끔뻐금 피워서 공기 유입부(13)로부터 공기를 마우스피스부를 통해 유출부(15)로 흡인하고, 이어서, 사용자의 입이나 폐로 흡인한다. 내부 배플(17)은, 공기가 강제로 카트리지를 지나 마우스피스부(12)를 통해 흐르게 하도록 제공되어 있다.
공동(18)은 원형 단면을 가지고, 카트리지(20)의 하우징(24)을 수용하는 크기를 가지고 있다. 전기 접속부(19)는 제어 전자기기(16)와 배터리(14) 간의 전기 접속 및 카트리지(20) 상의 대응하는 전기 접촉을 제공하도록 공동(18)의 측면들에 제공되어 있다.
도 1b는 카트리지가 공동(18) 내에 삽입되고 커버(26)가 제거되고 있는 도 1a의 시스템을 도시하고 있다. 이 위치에서, 전기 접속부는 후술하는 바와 같이, 카트리지 상의 전기 접촉부에 대하여 안착되어 있다.
도 1c는 커버(26)가 완전히 제거되어 있고 마우스피스부(12)가 폐쇄 위치로 이동하고 있는 도 1b의 시스템을 도시하고 있다.
도 1d는 마우스피스부(12)가 폐쇄 위치에 있는 도 1c의 시스템을 도시하고 있다. 마우스피스부(12)는 도 2에 개략적으로 도시되어 있듯이, 걸쇠 기구에 의해 폐쇄 위치에서 보유된다. 도 2는 경첩식 연결부(21)에 의해 연결되어 있는 본체(11)와 마우스피스부(12)를 도시하고 있다. 마우스피스부(12)는 내측으로 연장되어 있는 치형부(8)를 포함하고 있다. 마우스피스부가 폐쇄 위치에 있을 때, 치형부(8)는 장치의 본체 상에 걸쇠(6)를 체결시킨다. 걸쇠(6)는 편향 스프링(5)에 의해 편향되어서 치형부(8)와 결합하게 된다. 버튼(4)이 걸쇠(6)에 고정되어 있다. 버튼(4)은 편향 스프링(5)의 작용에 대하여 사용자에 의해 가압되어서 치형부(8)를 걸쇠(6)로부터 분리할 수 있으며, 마우스피스부가 개방 위치로 이동할 수 있게 한다. 본 기술분야의 숙련자에게는, 마우스피스를 폐쇄 위치에서 보유하기 위한 다른 적절한 기구, 예컨대, 스냅 끼워맞춤 또는 자석 클로저를 사용할 수도 있다는 점이 명백할 것이다.
폐쇄 위치에 있는 마우스피스부(12)는 전기 접속부(19)와 전기 접촉하는 카트리지를 보유함으로써 시스템의 배향이 어떠하든지 간에, 사용시 양호한 전기 접속이 유지되도록 한다. 마우스피스부(12)는 카트리지의 표면을 체결하며 마우스피스부(12)가 폐쇄 위치에 있는 경우 강성 마우스피스 하우징 요소와 카트리지 사이에서 가압되는 환형 탄성중합체 요소를 포함하고 있을 수도 있다. 이는, 제조 허용오차에 불구하고 양호한 전기 접속이 유지되도록 보장한다.
물론, 대안적으로 또는 추가적으로, 카트리지와 장치 간의 양호한 전기 접속을 유지하기 위한 다른 기구를 채택할 수도 있다. 예를 들어, 카트리지(20)의 하우징(24)은 공동(18)의 벽에 형성된 대응하는 홈 또는 스레드(미도시함)와 결합하는 스레드 또는 홈(미도시함)을 구비하고 있을 수도 있다. 카트리지와 장치 간의 스레드 결합은, 정확한 회전 정렬을 보장하고 또한 공동 내에 카트리지를 보유하고 양호한 전기 접속을 보장하는 데 사용될 수 있다. 스레드 연결은, 카트리지의 절반 이하의 회전만큼만 연장될 수도 있고, 또는 여러 번의 회전만큼 연장될 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전기 접속부(19)는 도 8을 참조하여 후술하는 바와 같이, 카트리지 상의 접촉부와 접촉하도록 편향될 수도 있다.
도 3은 카트리지(20)의 분해도이다. 카트리지(20)는 공동(18) 내에 수용되도록 선택된 크기와 형상을 갖는 대략 원형의 원통 하우징(24)을 포함하고 있다. 하우징은, 액체 에어로졸 형성 기재에 침지된 모세관 물질(22)을 포함하고 있다. 이 실시예에서 에어로졸 형성 기재는 39중량%의 글리세린, 39중량%의 프로필렌 글리콜, 20중량%의 물과 향미제, 및 2중량%의 니코틴을 포함하고 있다. 모세관 물질은 액체를 한 말단에서 다른 말단으로 능동적으로 전달하는 물질이며, 임의의 적절한 물질로부터 제조된 것일 수도 있다. 이 실시예에서 모세관 물질은 폴리에스테르로 형성된 것이다.
하우징은 히터 조립체(30)가 고정되는 개방 말단을 가지고 있다. 히터 조립체(30)는, 내부에 구멍(35)이 형성된 기재(34), 기재에 고정되고 갭(33)에 의해 서로 분리된 한 쌍의 전기 접촉부(32), 및 구멍을 잇고 구멍(35)의 대향 측면들 상에서 전기 접촉부들에 고정된 복수의 전기 전도성 히터 필라멘트(36)를 포함하고 있다.
히터 조립체(30)는 탈착가능 커버(26)에 의해 커버된다. 커버는, 히터 조립체에 접착제로 접착되지만 쉽게 박리될 수 있는 액체 불투과성 플라스틱 시트를 포함하고 있다. 탭은 사용자가 커버를 박리할 때 커버를 잡을 수 있도록 커버의 측면 상에 제공되어 있다. 불투과성 플라스틱 시트를 히터 조립체에 고정하는 방법으로서 접착제 사용을 설명하고 있지만, 커버가 소비자에 의해 쉽게 제거될 수 있는 한, 열 밀봉 또는 초음파 용접을 비롯한 당업계의 방법과 유사한 기타 방법을 또한 사용할 수 있다는 점이 본 기술분야의 숙련자에게 명백할 것이다.
도 4는 예시적인 대안적인 카트리지의 분해도이다. 도 4의 카트리지는 도 3의 카트리지와 동일한 크기 및 형상이고, 동일한 하우징 및 히터 조립체를 가지고 있다. 그러나, 도 4의 카트리지 내부의 모세관 물질은 도 3의 것과 다르다. 도 4의 카트리지 내에는 2개의 분리된 모세관 물질(27, 28)이 있다. 제1 모세관 물질(27)의 디스크는 사용시 히터 요소(36, 32)를 접촉하도록 제공되어 있다. 제2 모세관 물질(28)의 더 큰 본체는 히터 조립체에 대하여 제1 모세관 물질(27)의 대향 측면 상에 제공되어 있다. 제1 모세관 물질 및 제2 모세관 물질 모두는 액체 에어로졸 형성 기재를 보유하고 있다. 히터 요소와 접촉하고 있는, 제1 모세관 물질(27)은 제2 모세관 물질(28)보다 높은 열 분해 온도(적어도 160oC 이상, 예컨대 대략 250 oC)를 가지고 있다. 제1 모세관 물질(27)은 히터 요소(36, 32)를 제2 모세관 물질(28)로부터 분리하는 스페이서로서 효과적으로 작용해서, 제2 모세관 물질이 그의 열 분해 온도 위의 온도에 노출되지 않는다. 제1 모세관 물질에 걸친 열 구배(thermal gradient)는 제2 모세관 물질이 그의 열 분해 온도 아래의 온도에 노출되도록 하는 것이다. 제2 모세관 물질(28)은 제1 모세관 물질(27) 보다 우수한 심지(wicking) 성능을 갖도록 선택될 수도 있고, 제1 모세관 물질보다 단위 부피 당 더 많은 액체를 보유할 수도 있으며, 제1 모세관 물질보다 덜 고가일 수도 있다. 이 실시예에서, 제1 모세관 물질은 섬유유리 또는 섬유유리 함유 물질 같은 내열성 물질이며, 제2 모세관 물질은 적절한 모세관 물질 같은 고분자이다. 예시적인 적절한 모세관 물질은, 본원에서 설명하는 모세관 물질을 포함하며, 대안적인 구현예에서는, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함할 수 있다.
도 5a는 도 3의 카트리지의 저면 사시도다. 히터 조립체가 측방향 평면에서 연장되어 있으며 히터 조립체가 하우징(24)의 상부 주위에 립(lip)을 형성하도록 하우징(24)을 벗어나 측방향으로 연장되어 있는 것을 도 5a로부터 알 수 있다. 전기 접촉부(32)의 노출부는, 카트리지가 공동(18) 내에 완전히 삽입되는 경우 접촉부(32)의 노출부가 전기 접속부(19)와 접촉하도록 카트리지의 삽입 방향에 대면한다. 사용자가 커버를 박리할 때 커버를 잡을 수 있도록 커버(26)의 측면에 설치된 탭은 명확하게 보일 수 있다. 도 5a는 또한 장치의 공동 내의 카트리지의 정확한 배향을 보장하기 위해 카트리지의 베이스 상에 형성된 위치설정부(25)를 도시하고 있다. 위치설정부(25)는, 사출 성형된 하우징(24)의 일부이며, 공동(18)의 베이스 내의 대응하는 슬롯(미도시함) 내에 수용되도록 구성되어 있다. 위치설정부(25)가 공동의 슬롯에 수용되는 경우, 접촉부(32)는 커넥터(19)와 정렬된다.
도 5b는 커버가 제거된 도 3의 카트리지의 상면 사시도다. 히터 필라멘트들(36)은 증발된 에어로졸 형성 기재가 히터 조립체를 지나 기류 내로 탈출할 수 있도록 기재(34)의 구멍(35)을 통해 노출된다.
하우징(24)은 폴리프로필렌 같은 열가소성 재료로 형성된 것이다. 히터 조립체(30)는 이 실시예에서 하우징(24)에 접착제로 접착되어 있다. 그러나, 카트리지를 조립하고 채우는 여러 방식들이 가능하다.
카트리지 하우징은 사출 성형에 의해 형성될 수도 있다. 모세관 물질(22, 27, 28)은 모세관 섬유들의 긴 막대로부터 모세관 물질의 적절한 길이를 절단하여 형성될 수도 있다. 히터 조립체는 도 13a, 13b, 13c를 참조하여 전술한 바와 같은 공정을 이용하여 조립될 수도 있다. 한 구현예에서, 카트리지는 하나 이상의 모세관 물질(22, 27, 28)을 하우징(24) 내에 먼저 삽입하여 조립된다. 이어서, 액체 에어로졸 형성 기재의 소정의 부피를 하우징(24) 내에 도입하여, 모세관 물질을 침지시킨다. 이어서, 히터 조립체(30)를 하우징의 개방 말단 상에 가압하고 접착제, 용접, 열 밀봉, 초음파 용접, 또는 본 기술분야의 숙련자에게 명백한 다른 방법에 의해 하우징(24)에 고정시킨다. 하우징의 온도는, 바람직하게는 임의의 밀봉 동작 동안 160℃ 미만으로 유지되어서 에어로졸 형성 기재의 불필요한 휘발을 방지하게 된다. 모세관 물질은 히터 조립체에 의해 압축될 때까지 하우징(24)의 개방 말단으로부터 연장되게 하는 길이로 절단될 수도 있다. 이는 에어로졸 형성 기재를 사용 중인 히터 요소의 간극 내로 이송하는 것을 촉진한다.
다른 구현예에서는, 히터 조립체(30)를 하우징(24) 상에 가압한 후 밀봉하는 것 대신에, 히터 조립체와 하우징의 개방 말단을 먼저 순간 가열한 후 함께 가압하여 히터 조립체(30)를 하우징(24)에 결합할 수도 있다.
또한, 하우징을 에어로졸 형성 기재로 채우고 후속하여 에어로졸 형성 기재를 하우징(24) 내에 도입하기 전에 히터 조립체(30)를 하우징(24)에 조립하는 것도 가능하다. 그 경우, 히터 조립체는, 설명한 방법들 중 임의의 것을 사용하여 카트리지에 고정될 수도 있다. 이어서, 히터 조립체 또는 하우징을 중공 바늘을 사용하여 뚫고 에어로졸 형성 기재를 모세관 물질(22, 27, 28) 내에 주입한다. 이어서, 중공 바늘에 의해 형성되는 임의의 개구를 가열 밀봉에 의해 또는 밀봉 테이프를 사용하여 밀봉한다.
도 6은 본 발명에 따른 제1 히터 조립체(30)를 도시하고 있다. 히터 조립체는 304L 스테인리스 스틸로 형성된 메쉬를 포함하고 있으며, 메쉬 크기는 약 400 Mesh US(약 400필라멘트/인치)이다. 필라멘트들의 직경은 약 16㎛이다. 메쉬는 갭(33)에 의해 서로 분리되고 두께가 약 30㎛인 구리 호일로 형성된 전기 접촉부들(32)에 연결된다. 전기 접촉부들(32)은 두께가 약 120㎛인 폴리이미드 기재(34) 상에 제공되어 있다. 메쉬를 형성하는 필라멘트들은 필라멘트들 사이의 간극들을 정의한다. 이 실시예에서의 간극들의 폭은 약 37㎛이지만, 더 크거나 작은 간극을 사용할 수도 있다. 이러한 대략적 치수의 메쉬를 사용함으로써, 에어로졸 형성 기재의 메니스커스가 간극에 형성될 수 있고, 히터 조립체의 메쉬가 에어로졸 형성 기재를 모세관 작용에 의해 흡인할 수 있다. 메쉬의 개방 면적, 즉, 간극들의 면적 대 메쉬의 총 면적의 비는, 유리하게, 25와 56% 사이이다. 히터 조립체의 총 저항은 약 1 옴이다. 메쉬는, 열의 대부분이 메쉬에 의해 생성되도록 이러한 저항의 대부분을 제공하고 있다. 이 실시예에서 메쉬는 전기 접촉부들(32)보다 100배 넘게 큰 전기 저항을 가지고 있다.
기재(34)는 전기 절연성을 가지고, 이 실시예에서, 두께가 약 120㎛인 폴리이미드 시트로부터 형성된다. 기재는 원형이며 직경이 8mm이다. 메쉬는 직사각형이며 측면 길이가 5mm 및 2mm이다. 이러한 치수들은, 종래의 궐련이나 엽궐련과 유사한 크기 및 형상을 갖는 완전한 시스템을 제조할 수 있게 한다. 유효한 것으로 알려진 치수의 다른 실시예로는, 직경이 5mm이고 직사각형 메쉬가 1mm x 4mm인 원형 기재가 있다.
도 7은 본 발명에 따른 예시적인 대안적인 히터 조립체를 도시하고 있다. 도 7의 히터 조립체는 도 6에 도시한 히터 조립체와 동일하지만, 메쉬(36)가 병렬 전기 전도성 필라멘트들(37)의 어레이로 교체되어 있다. 필라멘트들(37)의 어레이는 304L 스테인리스 스틸로 형성된 것이며, 직경이 약 16㎛이다. 기재(34)와 구리 접촉부(32)는 도 6에 관하여 전술한 바와 같다.
도 8은 본 발명에 따른 다른 대안적인 히터 조립체를 도시하고 있다. 도 8의 히터 조립체는 도 7에 도시한 히터 조립체와 동일하지만, 도 8의 히터 조립체에서, 필라멘트들(37)은 기재(34)에 직접 결합되어 있으며, 이어서 접촉부들(32)이 필라멘트들 상에 결합되어 있다. 접촉부들(32)은, 전술한 바와 같이 절연 갭(33)에 의해 서로 분리되어 있으며, 두께가 약 30㎛인 구리 호일로부터 형성된 것이다. 기재 필라멘트와 접촉부의 동일한 배열을 도 6에 도시한 바와 같은 메쉬형 히터에 사용할 수 있다. 접촉부들을 최외측으로서 구비하는 것은, 전력 공급부와의 신뢰성 있는 전기 접촉을 제공하는 데 유익할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 대안적인 히터 조립체를 도시하고 있다. 도 9의 히터 조립체는 전기 접촉부들(39)과 일체로 형성되어 있는 복수의 히터 필라멘트(38)를 포함하고 있다. 필라멘트들과 전기 접촉부들 모두는 필라멘트들(38)을 정의하도록 에칭되는 스테인리스 스틸 호일로부터 형성된 것이다. 접촉부들(39)은 필라멘트들(38)에 의해 결합되는 경우를 제외하고는 갭(33)에 의해 분리되어 있다. 스테인리스 스틸 호일은 폴리이미드 기재(34) 상에 제공되어 있다. 또한, 필라멘트들(38)은 열의 대부분이 필라멘트들에 의해 생성되도록 이러한 저항의 대부분을 제공하고 있다. 이 실시예에서, 필라멘트들(38)은 전기 접촉부들(39)보다 100배 보다 큰 전기 저항을 가지고 있다.
도 3, 4, 5에 도시한 카트리지에서, 접촉부들(32)과 필라멘트들(36, 38)은 기재층(34)과 하우징(24) 사이에 위치하고 있다. 그러나, 폴리이미드 기재가 하우징(24)에 바로 인접하도록 히터 조립체를 카트리지 하우징에 다른 방식으로 장착할 수 있다. 도 10은 이러한 유형의 구성을 도시하고 있다. 도 10은, 구리 호일 접촉부(52)에 고정된 스테인리스 스틸 메쉬(56)를 포함하고 있는 히터 조립체를 도시하고 있다. 구리 접촉부들(52)은 폴리이미드 기재(54)에 고정된다. 구멍(55)은 폴리이미드 기재(54)에 형성된다. 폴리이미드 기재는 카트리지의 하우징(24)에 용접된다. 에어로졸 형성 기재에 침지된 모세관 물질(22)은, 하우징을 채우고, 메쉬(55)와 접촉하도록 구멍을 통해 연장되어 있다. 카트리지는 장치의 본체(11) 내에 수용되어 전기 접속부(59)와 마우스피스부(12) 사이에서 유지되는 것으로 도시되어 있다. 본 구현예에서, 전기 접속부(59)가 접촉부(52)와 전기적으로 연결되도록, 커넥터(59)는 도시한 바와 같이 폴리이미드 기재(54)를 뚫도록 구성되어 있다. 전기 접속부는 날카로운 말단을 갖도록 제조되며, 스프링(57)에 의해 히터 조립체와 접촉하게 된다. 폴리이미드 기재는 양호한 전기 접촉이 이루어지도록 미리 스코어링(pre-score)될 수 있고, 또는 심지어 기재를 뚫을 필요가 없도록 구멍을 가질 수도 있다. 스프링(57)은 또한 중력에 대한 시스템의 배향에 상관없이 접촉부(52)와 커넥터(59) 간의 양호한 전기 접촉이 유지되는 것을 보장한다.
장치의 공동(18) 내에서의 카트리지(20)의 정확한 배향을 보장하기 위한 한 가지 수단을 도 5a와 도 5b를 참조하여 설명하였다. 위치설정부(25)는 성형된 카트리지 하우징(24)의 일부로서 형성되어서 정확한 배향을 보장하게 될 수 있다. 그러나, 카트리지의 정확한 배향을 보장하는 다른 방식들이 가능하다는 점이 명백할 것이다. 구체적으로, 하우징이 사출 성형된 것이라면 카트리지의 형상은 거의 제한되지 않는다. 일단 카트리지의 원하는 내부 부피를 선택하였다면, 임의의 공동에 맞도록 카트리지 형상을 조절할 수 있다. 도 11a는 카트리지가 두 개의 가능한 배향으로 배향될 수 있게 하는 한 가지 가능한 카트리지 하우징(70)의 베이스 도면이다. 카트리지 하우징(70)은 대칭적으로 배치된 두 개의 홈(72)을 포함하고 있다. 홈들은 하우징(70)의 측면까지 부분적으로 또는 완전히 연장되어 있을 수도 있다. 대응하는 리브(미도시함)는 장치의 공동의 벽 상에 형성될 수 있어서, 두 개의 가능한 배향으로만 카트리지가 공동에 수용될 수 있다. 도 11a의 구현예에서는, 홈들(72) 중 하나가 리브에 의해 채워지지 않고 장치 내의 기류 채널로서 사용될 수 있도록 공동에 하나의 리브만을 가질 수 있다. 물론 하우징에 단일 홈만을 제공하여 카트리지를 공동 내의 하나의 배향으로 제한하는 것도 가능하다. 이는 단일 홈(76)을 갖는 카트리지 하우징 (74)을 도시하는 도 11b에 도시되어 있다.
전술한 구현예들은 실질적으로 원형 단면이 있는 하우징을 갖는 카트리지를 가지고 있지만, 직사각형 단면 또는 삼각형 단면 같은 다른 형상의 카트리지 하우징을 형성할 수도 있다. 이러한 하우징 형상은 대응하는 형상의 공동 내에서의 원하는 배향을 보장해서 장치와 카트리지 간의 전기 접속을 보장한다.
모세관 물질(22)은 유리하게는 하우징(24) 내에 배향되어서 액체를 히터 조립체(30)에 전달하게 된다. 카트리지가 조립되는 경우, 히터 필라멘트들(36, 37, 38)은 모세관 물질(22)과 접촉할 수도 있어서, 에어로졸 형성 기재가 메쉬 히터에 직접 전달될 수 있다. 도 12a는 히터 필라멘트들(36) 사이의 액체 에어로졸 형성 기재의 메니스커스(40)를 도시하는 히터 조립체의 필라멘트들(36)의 상세도이다. 에어로졸 형성 기재가 각 필라멘트의 표면의 대부분과 접촉됨으로써 히터 조립체에 의해 발생하는 열의 대부분이 에어로졸 형성 기재에 직접 전달한다는 점을 알 수 있다. 대조적으로, 종래의 심지 및 코일 히터 조립체에서는, 히터 와이어의 작은 부분만이 에어로졸 형성 기재와 접촉하고 있다. 도 12b는 필라멘트들(36) 사이의 간극들 내로 연장되어 있는 모세관 물질(27)의 일례를 도시하는 도 12a와 유사한 상세도이다. 모세관 물질(27)은 도 4에 도시한 제1 모세관 물질이다. 필라멘트들(36) 사이의 간극들 내로 연장되어 있는 섬유들의 스레드를 포함하고 있는 모세관 물질을 제공하여, 필라멘트로 액체를 이송하는 것을 보장할 수 있다는 것을 알 수 있다.
히터 조립체는 사용시, 저항성 가열에 의해 작동한다. 전류는 필라멘트들(36, 37, 38)을 통해 흘러서 제어 전자기기(16)의 제어에 의해, 원하는 온도 범위 내에서 필라멘트들을 가열하게 된다. 필라멘트들의 메쉬 또는 어레이는 전기 접촉부들(32) 및 전기 접속부들(19)보다 상당한 큰 전기 저항을 가지고 있어서 고온이 필라멘트들에 국한되게 된다. 시스템은 사용자 퍼프에 응답하여 히터 조립체에 전류를 제공하여 열을 발생시키도록 구성되어 있을 수도 있고, 또는 장치가 “켜짐(on)” 상태에 있는 동안 열을 연속적으로 발생시키도록 구성되어 있을 수도 있다. 필라멘트들을 위한 서로 다른 물질들이 서로 다른 시스템들에 대하여 적합할 수도 있다. 예를 들어, 연속 가열 시스템에서는, 흑연 필라멘트들이 비교적 낮은 비저항을 가지고 저 전류 가열과 양립할 수 있으므로, 적합하다. 고 전류 펄스를 사용하여 짧은 버스트에서 열이 발생하는 퍼프 기동 시스템에서는, 큰 비열 용량을 갖는 스테인리스 스틸 필라멘트들이 더 적합할 수도 있다.
퍼프 기동 시스템에서, 장치는 사용자가 마우스피스부를 통해 공기를 언제 흡인하는지를 검출하도록 구성된 퍼프 센서를 포함할 수도 있다. 퍼프 센서(미도시함)는 제어 전자기기(16)에 연결되어 있고, 제어 전자기기(16)는, 사용자가 장치를 퍼프하고 있다고 결정되는 경우에만 히터 조립체(30)에 전류를 공급하도록 구성되어 있다. 임의의 적절한 기류 센서를 마이크 같은 퍼프 센서로서 사용할 수도 있다.
가능한 구현예에서, 필라멘트들(36, 38) 중 하나 이상 또는 히터 요소의 전체적인 저항 변화를 사용하여 히터 요소의 온도 변화를 검출할 수도 있다. 이는 히터 요소에 공급되는 전력을 규제해서 히터 요소가 원하는 온도 범위 내에서 유지되는 것을 보장하는 데 사용될 수 있다. 또한, 갑작스런 온도 변화를, 시스템에 대한 사용자 퍼프로부터 발생하는 히터 요소를 지나는 기류의 변화를 검출하는 수단으로서 이용할 수도 있다. 필라멘트들 중 하나 이상은, 전용 온도 센서일 수도 있으며, 그를 위한 저항의 적절한 온도 계수를 갖는 물질, 예컨대, 철 알루미늄 합금, Ni-Cr, 백금, 텅스텐, 또는 합금 와이어로부터 형성된 것일 수도 있다.
시스템이 사용될 때 마우스피스부를 통하는 기류가 도 1d에 도시되어 있다. 마우스피스부는 내부 배플들(17)을 포함하고 있으며, 이들은 마우스피스부의 외부 벽들과 일체 성형된 것이며, 공기가 유입부(13)로부터 유출부(15)로 흡인될 때, 공기가 에어로졸 형성 기재가 증발되고 있는 카트리지 상의 히터 조립체(30) 위로 흐르는 것을 보장한다. 공기가 히터 조립체를 지남에 따라, 증발된 기재가 기류에 연행되고 냉각되어 유출부(15)를 벗어나기 전에 에어로졸을 형성하게 된다. 이에 따라, 사용시, 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 형성 기재가 증발될 때 필라멘트들(36, 37, 38) 사이의 간극들을 통과하여 히터 조립체를 통과한다.
히터 조립체의 물질과 제조에 대한 가능성은 다양할 수 있다. 도 13a는, 히터 조립체를 제조하는 제1 방법의 개략도이다. 폴리이미드 필름(80)의 롤은 구멍들(82)의 어레이를 가지고 있다. 구멍들(82)은 스탬핑에 의해 형성된 것일 수도 있다. 구리 호일(84)의 밴드는 구멍들 사이의 폴리이미드 필름(80) 상에 도금된 것이다. 이어서, 스테인리스 스틸 메쉬(86)의 리본들이, 구리 호일의 밴드들에 직교하는 방향으로 구멍(82) 위에서 그리고 구리 호일(84)의 상부에서 폴리이미드 필름(80) 상에 클래딩된 것이다. 이어서, 개별적인 히터 조립체들(30)을 각 구멍(82) 주위에서 절단하거나 스탬핑한다. 각 히터 조립체(30)는 전기 접촉부들을 형성하는 구멍의 반대측들 상에 구리 호일의 일부를 포함하여, 스테인리스 스틸 메쉬의 스트립은, 도 6에 도시한 바와 같이 구리의 한 일부로부터 다른 일부까지 구멍을 잇는다.
도 13b는 다른 가능한 제조 공정을 도시하고 있다. 도 13b의 공정에서는 도 13a의 공정에서 사용되는 유형의 폴리이미드 필름(80)을 스테인리스 스틸 박(90)으로 클래딩한다. 폴리이미드 필름(80)에는 구멍들(82)의 어레이가 형성되어 있지만, 이러한 구멍들은 스테인리스 스틸 호일(90)에 의해 커버된다. 이어서, 스테인리스 스틸 호일(90)을 에칭하여 구멍들(82)을 잇는 필라멘트들(38) 및 구멍들의 반대측들 상에 개별적인 접촉부들을 정의한다. 이어서, 개별적인 히터 조립체들(92)을 각 구멍(82) 주위에서 절단하거나 스탬핑한다. 이는 도 9에 도시한 유형의 히터 조립체를 제공하고 있다.
도 13c는 다른 대안적인 공정을 도시하고 있다. 도 13c의 공정에서는, 흑연계 패브릭(100)을 먼저 준비한다. 흑연계 패브릭(100)은 히터 필라멘트로서 사용하는 데 적합한 전기 저항성 섬유들의 밴드들, 및 비교적 비전도성 섬유들의 인접하는 밴드들을 포함하고 있다. 이러한 섬유들의 밴드들은 저항성의 비전도성 섬유들에 수직으로 연장되어 있는 비교적 전기 전도성 섬유들의 밴드들과 함께 직조된 것이다. 이어서, 이 패브릭(100)을 구멍들(82)의 어레이를 갖는 도 13a와 도 13b를 참조하여 설명한 유형의 폴리이미드 필름(80)의 층에 결합한다. 이어서, 개별적인 히터 조립체들(102)을 각 구멍 주위에서 절단하거나 스탬핑할 수 있다. 각 히터 조립체(102)는, 구멍의 반대측들 상에 전도성 섬유들의 밴드의 일부, 및 구멍을 잇는 전기 저항성 섬유들의 밴드를 포함하고 있다.
도 5a와 도 5b에 도시한 카트리지 설계는 여러 장점들을 가지고 있다. 그러나, 동일한 유형의 히터 조립체를 사용하는 대안적인 카트리지 설계도 가능하다. 도 14는 시스템을 통한 기류의 다른 패턴에 적합한 대안적인 카트리지 설계를 도시하고 있다. 도 14에 도시한 구현예에서, 카트리지(108)는, 화살표(110)로 표시한 방향으로 장치 내에 삽입되도록 구성되어 있다. 카트리지(108)는 일측이 개방되고 반원통같은 형상의 하우징(112)을 포함하고 있다. 히터 조립체(114)는 개방된 측에 걸쳐 제공되며 하우징(112)에 접착제로 접착되거나 용접된다. 히터 조립체(114)는 구멍이 형성된 폴리이미드 같은 전기 절연성 기재(116)를 포함하고 있다. 스테인리스 스틸 메쉬(118) 및 한 쌍의 접촉 스트립(120)을 포함하고 있는 히터 요소는, 전기 절연성 기재(116)에 결합되며, 구멍을 잇는다. 접촉 스트립들(120)은 하우징(112) 주위로 휘어져서 하우징의 곡선면 상에 접촉 패드들을 형성하고 있다. 전기 접촉 패드들은 에어로졸 발생 장치의 대응하는 접촉부들(미도시함)과 접촉하도록 구성되어 있다. 하우징(112)은, 도 1a 내지 도 1d에 도시한 구현예에 관하여 전술한 바와 같이 에어로졸 형성 기재에 침지된 모세관 물질(도 14에서는 보이지 않음)로 채워져 있다.
도 14에 도시한 카트리지는 화살표(110)의 반대 방향으로 히터 조립체(114)를 지나는 기류를 위해 구성되어 있다. 공기는 장치의 본체에 제공되어 있는 공기 유입부를 통해 시스템 내에 흡인되며, 히터 조립체(114)를 지나 장치(또는 카트리지)의 마우스피스부 내로 및 사용자의 입 안으로 흡입된다. 시스템 내로 흡인된 공기는, 예를 들어, 공기 유입부들의 적절한 배치에 의해 메쉬(118)와 평행한 방향으로 향할 수도 있다.
카트리지(108)의 대안적인 구현예들이 도 15a와 도 15b에 도시되어 있다. 도 15a는 메쉬(118)를 갖는 면의 길이를 따라 이어지며 서로 이격된 접촉 스트립들(120)을 더 포함하고 있다. 도 15b는 대략 L 형상의 접촉부들(120)을 더 포함하고 있다. 도 15a와 도 15b 모두에 도시한 카트리지 설계는, 더욱 큰 접촉 면적을 제공하여 필요시 접촉부들(19)에 대한 용이한 접촉을 더욱 보장하도록 사용될 수도 있다. 도 15a에 도시한 바와 같은 스트립들(120)은 또한 카트리지를 더 위치시키기 위해 스트립들(120)을 수용하게끔 레일 구성(미도시함)으로 구성된 접촉부(19) 내로 슬라이딩하도록 구성될 수 있다. 이러한 레일형 구성은, 레일들의 내외에서 슬라이딩하는 접촉부의 마찰에 기초하는 카트리지의 삽입과 제거가 청소 효과를 가지므로, 접촉부들(19)의 주기적 청소를 유리하게 제공할 수 있다.
도 16은 유체 투과성 전기 히터 조립체를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템의 또 다른 구현예를 도시하고 있다. 도 16은 마우스피스부(12)의 반대측인 카트리지(20)의 말단에 히터 조립체(30)가 제공되는 시스템을 도시하고 있다. 기류는 공기 유입부(1601)에 유입되고, 흐름 경로(1605)를 따라 공기 유출부(1603)를 통해 조립체를 지나간다. 접촉부들(120)은 임의의 편리한 위치에 배치될 수도 있다. 이러한 구성은, 시스템 내에서의 더욱 짧은 전기 접속이 가능하므로 유리하다.
본 발명에 따른 히터 조립체를 포함하고 있는 다른 카트리지 디자인들이 이제 본 기술분야의 숙련자에 의해 고안될 수 있다. 예를 들면, 카트리지는 마우스피스부를 포함하고 있을 수도 있고, 하나보다 많은 히터 조립체를 포함하고 있을 수도 있고, 임의의 원하는 형상을 가질 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 히터 조립체는 이미 설명된 것과 다른 유형의 시스템, 예를 들면 가습기, 공기 청정기, 및 다른 에어로졸 발생 시스템에서 사용될 수도 있다
전술한 예시적인 구현예들은 예시일 뿐이며 한정적인 것이 아니다. 상기한 예시적인 구현예들의 관점에서, 이제 상기 예시적인 구현예와 일치하는 다른 구현예들이 당업자에게 명백할 것이다.
1: 화살표
4: 버튼
5: 편향 스프링
6: 걸쇠
8: 치형부
10: 에어로졸 발생 장치
11: 본체
12: 마우스피스
13: 공기 유입부
14: 배터리
15: 유출부
16: 전자기기
17: 내부 배플
18: 공동
19: 전기 접속부, 커넥터
20,108: 카트리지
21: 연결부
22: 모세관 물질
24,70,74: 하우징
25: 위치설정부
26: 커버
27: 제1 모세관 물질
28: 제2 모세관 물질
30,92,102,114: 히터 조립체
32,39,52,59: 접촉부
32,36: 히터 요소
33: 갭
34: 형성된 기재
35: 구멍
36: 필라멘트, 메쉬
37, 38: 필라멘트
40: 메니스커스
52,54: 폴리이미드 기재
55: 메쉬
57: 스프링
59: 접속부, 커넥터
72: 홈
80: 폴리이미드 필름
82: 구멍
84: 호일
56,86,118: 스틸 메쉬
90: 스틸 호일
100: 패브릭
110: 화살표

Claims (15)

  1. 장치 및 착탈식 카트리지를 포함하는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템으로, 상기 카트리지는 에어로졸 형성 기재, 전기 작동식 증발기, 및 상기 증발기에 연결된 제1 전기 접촉부들을 포함하되, 상기 장치는 상기 카트리지를 수용하기 위한 공동을 정의하는 본체, 전기 전원, 상기 전기 전원에 연결된 제2 전기 접촉부들 및 마우스피스부를 포함하고, 여기서 상기 마우스피스부는, 폐쇄 위치에서, 상기 장치 상의 상기 제2 전기 접촉부들과 접촉하고 있는 상기 카트리지 상의 상기 제1 전기 접촉부들을 보유하는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마우스피스부는 경첩식 연결부에 의해 상기 장치의 본체에 연결되어 있는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마우스피스부는 공기 유입부 및 공기 유출부를 포함하고, 사용자가 상기 유입부에서 상기 유출부로 상기 마우스피스부를 통해 공기를 흡인하도록 상기 공기 유출부에서 흡입할 수 있게 하도록 구성되어 있는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 마우스피스부는 상기 마우스피스를 통해 흡인된 공기를 상기 카트리지 내의 상기 증발기를 지나서 상기 유입부에서 상기 유출부로 유도하도록 구성되어 있는 배플을 포함하는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 전기 작동식 흡연 시스템인, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증발기는 히터이고, 여기서 상기 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재를 보유하는 하우징을 포함하는 액체 저장부로, 상기 하우징은 개구부를 가지는, 상기 액체 저장부; 및
    복수의 전기 전도성 필라멘트를 포함하는 유체 투과성 히터를 포함하고, 여기서 상기 유체 투과성 히터는 상기 액체 저장부의 하우징의 개구부를 가로질러 연장되어 있는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 히터는 실질적으로 평평한, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 액체 저장부의 하우징은 모세관 물질을 함유하고 있는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 모세관 물질은 상기 하우징 내에 배향되어서 액체를 상기 히터에 전달하는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부들은 복수의 필라멘트와 접촉하고 있는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 히터는 측방향 평면에서 연장되어 있고, 여기서 상기 제1 전기 접촉부들은 상기 액체 저장부의 하우징을 벗어나 측방향으로 연장되어 있는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 저장부의 하우징은 실질적으로 원통형이고, 여기서 상기 개구부는 상기 원통의 일단에 있고, 여기서 상기 공동은 상기 액체 저장부를 수용하도록 구성되어 있는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 개구부는 사용시에 상기 마우스피스부에 가장 가까운 원통의 끝에 위치되어 있는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  14. 제6항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히터는 상기 필라멘트들과 상기 제1 접촉 요소들이 지지되는 전기 절연성 기재를 포함하되, 상기 필라멘트들은 상기 전기 절연성 기재에 형성된 구멍을 가로질러 연장되어 있는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 마우스피스부가 상기 폐쇄 위치에 있을 때 변형되어서 상기 제2 전기 접촉부들과 체결하도록 상기 제1 전기 접촉부들을 밀어넣도록 구성되어 있는 하나 이상의 탄성 요소를 포함하는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
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